阅读说明：本技术 一种城镇污水处理厂尾水抗菌剂的制备方法及应用 (Preparation method and application of tail water antibacterial agent for urban sewage treatment plant ) 是由 王大荣 李忠全 李德营 俞程刚 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了提供一种城镇污水处理厂尾水抗菌剂的制备方法及应用。本发明采用高温煅烧法制备贝壳粉,并按照一定比例混合贝壳粉、胖大海细粉及发酵物粉末,制备得到的抗菌颗粒具有高效的抗菌性能,且成本低,纯天然,环保易得。本发明中制备的抗菌颗粒可应用于污水处理厂尾水的治理中,该抗菌颗粒能够抑制大肠菌群及其他有害菌群的生长,起到消毒作用。(The invention discloses a preparation method and application of a tail water antibacterial agent for a municipal sewage treatment plant. According to the invention, the shell powder is prepared by adopting a high-temperature calcination method, and the shell powder, the boat-fruited sterculia seed fine powder and the leavening powder are mixed according to a certain proportion, so that the prepared antibacterial particles have high-efficiency antibacterial performance, and are low in cost, purely natural, environment-friendly and easily available. The antibacterial particles prepared by the method can be applied to treatment of tail water of a sewage treatment plant, and can inhibit the growth of coliform and other harmful flora to play a role in disinfection.)

一种城镇污水处理厂尾水抗菌剂的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种城镇污水处理厂尾水抗菌剂的制备方法及应用。

背景技术

废水中的病原微生物主要以(粪)大肠菌群数为标志来评价。大肠菌群一般指与粪便污染有关的肠杆菌科细菌，包括大肠埃希氏菌、沙门氏菌、阴沟肠杆菌及产气克雷伯氏菌等，它们绝大多数为致病菌或条件致病菌，若其在生活用水中含量较高，则可能造成伤口感染-食物中毒等危害，对于体弱者-免疫缺陷者等特殊人群，还会引起一些严重的并发症。

因此，城镇污水处理排放中，为了防止病原微生物对人畜健康及生态环境带来危害，往往会对出水进行消毒处理，以减少废水中的病原微生物数量。

目前，城镇污水处理厂多采用紫外线、液氯、臭氧、二氧化氯-次氯酸钠、光催化等消毒方法，但通过以上方法消毒时，也同步破坏了微生态平衡(如液氯，二氧化氯-次氯酸钠等化学方法)，且增加了污水厂建设与运行成本(如紫外线，臭氧法)。因此，对城镇污水处理厂出水消毒的做法需要进一步探讨，从微生态学的角度来说，最好的做法是采取能够促进有益菌群而抑制大肠菌群及其他有害菌群，并且对自然水体的自净力恢复也有显著的促进作用的措施。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种城镇污水处理厂尾水抗菌剂的制备方法及应用。本发明采用高温煅烧法制备贝壳粉，并按照一定比例混合贝壳粉、胖大海细粉及发酵物粉末，制备得到的抗菌颗粒具有高效的抗菌性能，且成本低，纯天然，环保易得。本发明中制备的抗菌颗粒可应用于污水处理厂尾水的治理中。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种城镇污水处理厂尾水抗菌剂的制备方法，包括如下步骤：

S01将贝壳用水洗净后，在强碱溶液中浸泡1-2h，将浸泡完成的贝壳再次使用水洗净，并置于干燥设备中烘干，然后将贝壳置于马弗炉中500-800℃煅烧0.5-1h，取出后，立即趁热喷洒相当于贝壳总重0.1-0.2倍的纯水，再置于马弗炉中900-1200℃煅烧0.5-1h，取出冷却后，将贝壳采用粉碎机进行粉碎，并通过80-120目的筛网过筛后得到贝壳粉，备用；

贝壳的主要成分为CaCO₃，通过煅烧处理，使贝壳中的碳酸钙转化为具有抗菌活性的CaO。贝壳煅烧物作为一种新型防腐添加剂已经得到了世人的认可，并取得了一定成果，其不仅能延长食品的保质期，而且是减少污染、资源再利用的一个有效方法。

S02将前处理的植物原料，食用糖及纯水按照重量比为(3-5):(1-2):10充分混合后装入发酵装置中，室内温度控制在10-35℃，放置至少90天进行发酵，得发酵物，将发酵物干燥粉碎后，得发酵粉末；

在发酵的第7-30天内，每天定时对发酵装置内的植物原料进行排气与搅拌；

所述植物原料包括鲜蒲公英，鲜鱼腥草及鲜马齿苋的任意比例混合物；

所述食用糖为原糖、白砂糖、绵白糖、冰糖、方糖、精幼砂糖、赤砂糖、红糖、冰片糖、黄砂糖、糖霜的任意比例混合物；

本申请中的蒲公英(拉丁学名：Taraxacum mongolicumHand.-Mazz.)为菊科，多年生草本植物。根圆锥状，表面棕褐色，皱缩，叶边缘有时具波状齿或羽状深裂，基部渐狭成叶柄，叶柄及主脉常带红紫色，花葶上部***。头状花序，种子上有白色冠毛结成的绒球，花开后随风飘到新的地方孕育新生命。花果期4-10月。广泛生于中、低海拔地区的山坡草地、路边、田野、河滩。

蒲公英主要成分包括黄酮类、酚酸类、挥发油类等，具广谱抗菌消炎作用。蒲公英水煎液对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、费氏痢疾杆菌、副伤寒甲型杆菌、白念珠球菌、牛型布氏杆菌等有一定的杀菌作用。本品醇提液1:400能抑制结核菌。其1:80的水煎剂能延缓ECHO11病毒细胞病变，醇提物(31mg/kg)能杀死钩端螺旋体，对某些真菌亦有抑制作用。对幽门弯曲杆菌有良好的杀灭作用。

鱼腥草(学名：Houttuynia cordata)，又名折耳根，三白草科植物，产于中国长江流域以南各省。鱼腥草对各种微生物(尤其是酵母菌和霉菌)均有抑制作用，对溶血性的链球菌、金黄色葡萄球菌、流感杆菌、卡他球菌、肺炎球菌有明显的抑制作用。对大肠杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌也有作用。

马齿苋(拉丁学名：PortulacaoleraceaL.)，又名马苋菜，一年生肉质草本植物，中国南北各地均产。马齿苋对多种常见的食品污染菌均有较强的抑制作用。尤其是对许多细菌，如大肠杆菌，沙门氏菌、变形杆菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌等抑菌作用较强。马齿苋对一些霉菌也有抑制作用，如对总状毛霉、赤霉、交链孢霉、黄曲霉等抑制作用也较强。

本申请中的发酵粉末又称为环保酵素，成分包含来自植物原料和微生物所提供的各种营养素和天然植物中的植物类功能性化学成分(phytochemicals)，以及发酵生成的一些生理活性物质，包括维生素、氨基酸、多糖、肽类、多酚类、黄酮类、矿物元素和有机酸，GABA、SOD、过氧化氢酶等抗氧化成分，各种益生菌，醇类、酯类、酶类以及外添加的低聚糖，酶、牛磺酸等，具有较强的抑菌作用，且对水体的自净力恢复也有显著的促进作用。

S03将泡过茶或者提取过的胖大海废渣置于60-80℃纯水中温浸至胖大海呈膨胀状态，除去外皮与核，分离出中层种皮部分，得胖大海膨胀性基质，将胖大海膨胀性基质再加入到纯水中，40-60℃超声处理30-60min后，取出胖大海膨胀性基质，置于干燥箱中，设置60-80℃干燥，8-12h后取出粉碎并过筛后，得胖大海粉末；

S04按重量份计算，称取10-15份贝壳粉，10-15份胖大海粉末，2-3份发酵粉末混合均匀，添加0.1-0.2份硬脂酸镁挤压干法制粒后，得抗菌颗粒。

胖大海(Boat-fruited sterculia seed)又名通大海、安南子、大发等，为梧桐科苹婆属灯籽萍婆的成熟种子，胖大海外层种皮极薄，质脆，易脱落。中层种皮较厚，黑褐色，质松易碎，遇水膨胀成海绵状。断面可见散在的树脂状小点。内层种皮可与中层种皮剥离，稍革质，内有2片肥厚胚乳，广卵形；子叶2枚，菲薄，紧贴于胚乳内侧，与胚乳等大。胖大海种皮含半乳糖15.06％，戊糖(主要是***糖)24.7％，还含有活性成分胖大海素(苹婆素sterculin)及Ca、Mg、Zn、Fe等微量元素。胚乳含西黄蓍胶粘素(bassorin)约59.04％，可见胖大海的功能性成分主要为多糖类物质。目前，我国胖大海销量基本与产出国产量持平，在2010年的销量更是达到1000吨，且绝大部分都是销向工厂，如药厂用于生产含片、喉宝，茶厂用于生产凉茶、凉粉等，而这些工厂利用到的成分都是胖大海水溶性物质，海绵状胶体(胖大海膨胀性基质)则都是以下脚料的形式被弃除。胖大海临床常用于抑菌、抑病毒、缓泻、镇痛、抗炎、免疫等药理作用。

优选，所述贝壳包括：蛤蜊贝壳、扇贝贝壳、牡蛎贝壳、蛏子贝壳、蚬子贝壳、田螺壳的一种或多种任意比例混合物。

优选，所述强碱溶液的pH值为10-12，所述强碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液的任意一种。

优选，所述前处理方法为将植物原料用清水洗净，沥干后，切制成直径为小于1mm的碎末。

优选，所述胖大海粉末为通过40-60目筛网的粉末。

所述抗菌剂用于城镇污水处理厂尾水的消毒。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

(1)本发明中抗菌剂的原料来源广泛且易得，本发明中发酵粉末的植物原料为蒲公英，鱼腥草，马齿苋等鲜品，均是河边路边常见的植物，在乡村经常将其当做杂草除掉；胖大海废渣和贝壳均来自生活中常见的废弃品，且本发明制备工艺简单，操作条件温和，将以上原料变废为宝，制备成的抑菌剂具有良好的抑菌性能，且无毒对环境友好，具有良好的经济和社会效益。

(2)与未添加胖大海细粉组的样品比较，本发明制备的含有胖大海细粉的抗菌颗粒对大肠杆菌具有显著的抑菌效果。由结果推测，由于胖大海中层种皮部分具有较强的吸水膨胀特性和适宜的黏性，使抗菌颗粒在水中崩解后，胖大海体积膨胀，且悬浮在水中，提高了胖大海表面粘附的贝壳粉及发酵粉末与水中细菌的接触面积，能够更有效的杀菌抑菌；另外，胖大海的主要成分为多糖类物质、胖大海胶和西黄蓍胶粘素等，以上这些成分本身就具有抑菌作用，这进一步提高了抗菌颗粒的总体抑菌效率。

(3)本发明中煅烧中的贝壳通过喷洒水，可以使贝壳内部产生更多的细孔，更有利于提高其吸附作用。

附图说明

图1为本发明制备的抗菌剂的抑菌率图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明做进一步详细描述：(以重量份计)实施例1：

一种城镇污水处理厂尾水抗菌剂的制备方法，包括如下步骤：

S01将扇贝贝壳用水洗净后，在pH＝10的氢氧化钠溶液中浸泡2h，将浸泡完成的贝壳再次使用水洗净，并置于干燥设备中烘干，然后将贝壳置于马弗炉中500℃煅烧1h，取出后，立即趁热喷洒纯水2份，再置于马弗炉中900℃煅烧1h，取出冷却后，将贝壳采用粉碎机进行粉碎，并通过100目的筛网过筛后得到贝壳粉，备用；

S02将鲜蒲公英，鲜鱼腥草及鲜马齿苋等重量不等的植物原料，清洗干净，晾干，切碎至直径小于1mm不等的碎末，混合，并按照植物原料，食用糖及纯水重量比为3:1:10充分混合后装入发酵装置中，室内温度控制在10-35℃范围内，放置90天进行发酵，得发酵物，将发酵物干燥粉碎后，得发酵粉末；所述在发酵的第7-30天内，每天定时对发酵装置的植物原料进行排气与搅拌；

所述食用糖为原糖、白砂糖、绵白糖、冰糖、方糖、精幼砂糖、赤砂糖、红糖、冰片糖、黄砂糖、糖霜的任意比例的混合物；

S03将泡过茶或者提取过的胖大海废渣置80℃纯水中温浸8min，至胖大海呈膨胀状态，除去外皮与核，分离出中层种皮部分，得胖大海膨胀性基质，将胖大海海绵状基质再加入到纯水中，60℃超声处理30min后，取出胖大海膨胀性基质，置于干燥箱中，设置60℃干燥，12h后取出粉碎并过60目筛后，得胖大海粉末；

S04按重量份计算，称取10份贝壳粉，10份胖大海粉末，2份发酵粉末混合均匀，添加0.2份硬脂酸镁挤压干法制粒，得抗菌颗粒。

实施例2：

一种城镇污水处理厂尾水抗菌剂的制备方法，包括如下步骤：

S01将牡蛎贝壳用水洗净后，在pH＝12的氢氧化钾溶液中浸泡1h，将浸泡完成的贝壳再次使用水洗净，并置于干燥设备中烘干，然后将贝壳置于马弗炉中600℃煅烧0.5h，取出后，立即趁热喷洒纯水4份，再置于马弗炉中1000℃煅烧1h，取出冷却后，将贝壳采用粉碎机进行粉碎，并通过120目的筛网过筛后得到贝壳粉，备用；

准确称取本实施例制得贝壳粉、未经喷洒水处理的贝壳粉各1g，分别加入到1L的1g/L的亚甲基蓝溶液中，加入后混合搅拌15min，测得亚甲基蓝溶液中亚甲基蓝浓度分别为520mg/L(加入本实施例制得贝壳粉)，560mg/L(加入未经喷洒水处理的贝壳粉)，说明在煅烧过程中的贝壳通过喷水比未喷水的吸附效果会更好些。

S02将鲜马齿苋清洗干净，晾干，切碎至直径小于1mm不等的碎末，并按照植物原料，白砂糖及纯水重量比为5:2:10充分混合后装入发酵装置中，室内温度控制在20-25℃范围内，放置120天进行发酵，得发酵物，将发酵物干燥粉碎后，得发酵粉末；所述在发酵的第7-30天内，每天定时对发酵装置的植物原料进行排气与搅拌；

S03将泡过茶或者提取过的胖大海废渣置于70℃纯水中温浸8min，至胖大海呈膨胀状态，除去外皮与核，分离出中层种皮部分，得胖大海膨胀性基质，将胖大海海绵状基质再加入到纯水中，40℃超声处理60min后，取出胖大海膨胀性基质，置于干燥箱中，设置80℃干燥，8h后取出粉碎并过40目筛后，得胖大海粉末；

S04按重量份计算，称取15份贝壳粉，15份胖大海粉末，3份发酵粉末混合均匀，添加0.15份硬脂酸镁挤压干法制粒，得抗菌剂。

实施例3：

一种城镇污水处理厂尾水抗菌剂的制备方法，包括如下步骤：

S01将蛤蜊贝壳、蛏子贝壳、蚬子贝壳、田螺壳等用水洗净后，在pH＝10的氢氧化钙溶液中浸泡2h，将浸泡完成的贝壳再次使用水洗净，并置于干燥设备中烘干，然后将贝壳置于马弗炉中800℃煅烧1h，取出后，立即趁热喷洒纯水3份，再置于马弗炉中1200℃煅烧0.5h，取出冷却后，将贝壳采用粉碎机进行粉碎，并通过100目的筛网过筛后得到贝壳粉，备用；

S02将鲜鱼腥草、鲜马齿苋，清洗干净，晾干，切碎至直径小于1mm不等的碎末，混合均匀，并按照植物原料，白砂糖及纯水重量比为4:1:10充分混合后装入发酵装置中，室内温度控制在10-35℃范围内，放置100天进行发酵，得发酵物，将发酵物干燥粉碎后，得发酵粉末；所述在发酵的第7-30天内，每天定时对发酵装置的植物原料进行排气与搅拌；

S03将泡过茶或者提取过的胖大海废渣置于80℃纯水中温浸5min，至胖大海呈膨胀状态，除去外皮与核，分离出中层种皮部分，得胖大海膨胀性基质，将胖大海海绵状基质再加入到纯水中，50℃超声处理60min后，取出胖大海膨胀性基质，置于干燥箱中，设置60℃干燥，12h后取出粉碎并过60目筛后，得胖大海粉末；

S04按重量份计算，称取12份贝壳粉，12份胖大海粉末，2份发酵粉末混合均匀，添加0.1份硬脂酸镁挤压干法制粒，得抗菌剂。

1、将实施例1-3得到的抗菌剂进行抑菌试验。

分别取金黄色葡萄菌种，大肠杆菌种转接到平板营养琼脂培养基上，在(37±1)℃下培养24h后，得到纯化的单菌落。在无菌操作环境下，用接种环刮取少许上述已活化的受试菌种，与已灭菌的营养液混合均匀，制成菌悬液。然后依次进行稀释，测定菌悬液的吸光值，将浓度为10⁵cfu/mL的菌悬液用作抗菌试验。

分别称取实施例1-3中得到的抗菌剂各0.3g(误差±0.005g)于三角瓶中，每瓶分别加入95mLPBS缓冲液，混合均匀，分别取5mL制备好的菌悬液加入各组三角瓶中，混匀。

将各组三角瓶均固定在37℃恒温振荡培养箱，150rpm培养60分钟后，分别取各组菌液1mL涂布在营养琼脂培养基37℃培养，培养48小时，通过活菌计数法做菌落计数。每组重复3次实验，试验数据如表1：

由表1可以看出，本发明实施例1-3制备的抗菌剂均具有很好的抑菌效果。

2、不同浓度的抗菌剂对金黄色葡萄菌种，大肠杆菌种的抑菌效果

分别称取实施例2得到的抗菌颗粒0.1g，0.2g，0.4g，0.8g，1.5g，2.5g，4.5g，6.5g于三角瓶中，每三角瓶中分别加入900mLPBS缓冲液，混合均匀，分别取100mL浓度为10⁵cfu/mL的菌悬液加入各组三角瓶中，混匀，将各组三角瓶均固定在37℃恒温振荡培养箱，150rpm培养60分钟后，分别取各组菌液1mL加9ml的PBS溶液，充分混合后，得稀释液，取1mL稀释液涂布在营养琼脂培养基37℃培养，培养48小时，通过活菌计数法做菌落计数。每组重复3次实验，抑菌率实验结果如图1所示。

根据相关报道可知，抑菌率>90％时，则认为抗菌剂具有抗菌作用。如图1所示，抗菌剂为0.1g/L时，抗菌剂对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抗菌效果不明显或者没有抗菌效果。抗菌剂浓度在0.2g/L以上时，其对大肠杆菌的抑菌率为93％-98.5％，则表明抗菌剂对大肠杆菌有抗菌性能。抗菌剂浓度在0.4g/L以上时，其对金黄色葡萄球菌的抑菌率为91％-96.5％，均大于90％，说明抗菌剂对金黄色葡萄球菌表现出了抗菌作用。当浓度在0.4-4.5g/L时，抗菌剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均随着浓度的升高而增大，当浓度超过4.5g/L时，抗菌剂对两种受试菌的抑菌率增加缓慢，抑菌效果趋于饱和。

3、有/无胖大海基质的样品对大肠杆菌种的抑菌效果比较

称取0.1g贝壳粉，0.02g发酵粉末混合成为F1组的试验样品；

称取实施例2制得的抗菌颗粒0.22g为F2组的试验样品；

称取0.1g贝壳粉，0.02g发酵粉末混合成为F3组的试验样品；

分别将F1-F3组的样品置于三角瓶中，每三角瓶中分别加入900mLPBS缓冲液，混合均匀，分别取100mL浓度为10⁵cfu/mL的菌悬液加入各组三角瓶中，混匀，将F1组、F2组三角瓶均固定在37℃恒温培养箱内培养60分钟，F3组三角瓶固定在37℃恒温振荡培养箱，150rpm培养60分钟后，分别取各组菌液1mL加99ml的PBS溶液，充分混合后，得稀释液，取1mL稀释液涂布在营养琼脂培养基37℃培养，培养48小时，通过活菌计数法做菌落计数。每组重复3次实验，得到的结果为F1-F3组对大肠杆菌的平均抑菌率分别为81％，92％，88％。由F1组，F2组结果比较可知，在不需要搅拌的情况，F2组通过增加胖大海基质，可以显著提高抗菌剂的抑菌效率；由F1组，F3组结果比较可知，通过搅拌，也可以有效提高抗菌剂的抗菌效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明做所的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属的技术领域的普通技术人员来说，在不隔离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定专利保护范围。